WAT IS RELATIEVE PERMEABILITEIT? - FYSIEK - 2026

De relatieve permeabiliteit is de maat voor het vermogen van een materiële weg, die wordt doorkruist door een stroom zonder zijn eigenschappen te verliezen ten opzichte van ander materiaal dat als referentie dient. Het wordt berekend als de verhouding tussen de doorlaatbaarheid van het onderzochte materiaal en die van het referentiemateriaal. Daarom is het een hoeveelheid die afmetingen mist.

Over het algemeen denken we bij doorlaatbaarheid aan een vloeistofstroom, meestal water. Maar er zijn ook andere elementen die door stoffen kunnen gaan, bijvoorbeeld magnetische velden. In dit geval spreken we van magnetische permeabiliteit en relatieve magnetische permeabiliteit.

Nikkel heeft een hoge relatieve magnetische permeabiliteit, daarom hechten munten sterk aan de magneet. Bron: Pixabay.com.

De doorlaatbaarheid van materialen is een zeer interessante eigenschap, ongeacht het type stroming dat er doorheen gaat. Hierdoor is het mogelijk om te anticiperen op hoe deze materialen zich zullen gedragen onder zeer uiteenlopende omstandigheden.

De doorlaatbaarheid van bodems is bijvoorbeeld erg belangrijk bij het bouwen van constructies zoals afvoeren, trottoirs en meer. Zelfs voor gewassen is de doorlatendheid van de bodem relevant.

Door de permeabiliteit van celmembranen kan de cel levenslang selectief zijn, door noodzakelijke stoffen zoals voedingsstoffen door te laten en andere die schadelijk kunnen zijn, af te wijzen.

Met betrekking tot de relatieve magnetische permeabiliteit geeft het ons informatie over de reactie van materialen op magnetische velden veroorzaakt door magneten of spanningvoerende draden. Dergelijke elementen zijn in overvloed aanwezig in de technologie die ons omringt, dus het is de moeite waard om te onderzoeken welke effecten ze hebben op materialen.

Relatieve magnetische permeabiliteit

Een zeer interessante toepassing van elektromagnetische golven is om olie-exploratie te vergemakkelijken. Het is gebaseerd op het weten hoeveel de golf in staat is om de ondergrond te penetreren voordat hij erdoor wordt verzwakt.

Dit geeft een goed idee van het soort gesteente dat op een bepaalde locatie wordt aangetroffen, aangezien elk gesteente een andere relatieve magnetische permeabiliteit heeft, afhankelijk van de samenstelling.

Zoals in het begin werd gezegd, vereist de term "relatief", telkens wanneer we het hebben over relatieve permeabiliteit, dat de grootte in kwestie van een bepaald materiaal wordt vergeleken met die van een ander dat als referentie dient.

Dit is altijd van toepassing, ongeacht of het gaat om doorlaatbaarheid voor een vloeistof of voor een magnetisch veld.

Vacuüm heeft permeabiliteit, omdat elektromagnetische golven daar geen probleem mee hebben. Het is een goed idee om dit als referentiewaarde te nemen om de relatieve magnetische permeabiliteit van welk materiaal dan ook te vinden.

De permeabiliteit van het vacuüm is niets anders dan de bekende constante van de wet van Biot-Savart, die wordt gebruikt om de magnetische inductievector te berekenen. De waarde is:

Deze omvang beschrijft hoe de magnetische respons van een medium wordt vergeleken met de respons in een vacuüm.

Nu kan de relatieve magnetische permeabiliteit gelijk zijn aan 1, kleiner dan 1 of groter dan 1. Dat hangt af van het materiaal in kwestie en ook van de temperatuur.

• Het is duidelijk dat als μ _r = 1 het medium het vacuüm is.
• Als het kleiner is dan 1, is het een diamagnetisch materiaal
• Als het groter is dan 1, maar niet veel, is het materiaal paramagnetisch
• En als het veel groter is dan 1, is het materiaal ferromagnetisch.

Temperatuur speelt een belangrijke rol bij de magnetische permeabiliteit van een materiaal. In feite is deze waarde niet altijd constant. Naarmate de temperatuur van een materiaal stijgt, raakt het inwendig ontregeld, waardoor de magnetische respons afneemt.

Diamagnetische en paramagnetische materialen

Diamagnetische materialen reageren negatief op magnetische velden en stoten deze af. Michael Faraday (1791-1867) ontdekte deze eigenschap in 1846, toen hij ontdekte dat een stuk bismut werd afgestoten door een van de polen van een magneet.

Op de een of andere manier induceert het magnetische veld van de magneet een veld in de tegenovergestelde richting binnen het bismut. Deze eigenschap is echter niet exclusief voor dit element. Alle materialen hebben het tot op zekere hoogte.

Het is mogelijk aan te tonen dat de netto magnetisatie in een diamagnetisch materiaal afhangt van de eigenschappen van het elektron. En het elektron maakt deel uit van de atomen van elk materiaal, dus ze kunnen op een bepaald moment allemaal een diamagnetische respons hebben.

Water, edelgassen, goud, koper en nog veel meer zijn diamagnetische materialen.

Aan de andere kant hebben paramagnetische materialen een deel van hun eigen magnetisatie. Daardoor kunnen ze positief reageren op het magnetische veld van bijvoorbeeld een magneet. Ze hebben een magnetische permeabiliteit die vergelijkbaar is met de waarde van μ _of .

In de buurt van een magneet kunnen ze ook gemagnetiseerd worden en op zichzelf magneten worden, maar dit effect verdwijnt wanneer de echte magneet uit de buurt wordt verwijderd. Aluminium en magnesium zijn voorbeelden van paramagnetische materialen.

De echt magnetische materialen: ferromagnetisme

Paramagnetische stoffen komen het meest voor in de natuur. Maar er zijn materialen die gemakkelijk worden aangetrokken door permanente magneten.

Ze zijn in staat om zelf magnetisatie te verwerven. Dit zijn ijzer, nikkel, kobalt en zeldzame aarden zoals gadolinium en dysprosium. Bovendien staan ​​sommige legeringen en verbindingen tussen deze en andere mineralen bekend als ferromagnetische materialen.

Dit type materiaal ervaart een zeer sterke magnetische reactie op een extern magnetisch veld, zoals bijvoorbeeld een magneet. Dit is de reden waarom nikkelmunten aan staafmagneten blijven plakken. En op hun beurt hechten de staafmagneten zich aan de koelkasten.

De relatieve magnetische permeabiliteit van ferromagnetische materialen is veel hoger dan 1. Binnenin hebben ze kleine magneten die magnetische dipolen worden genoemd. Als deze magnetische dipolen uitgelijnd zijn, versterken ze het magnetische effect in ferromagnetische materialen.

Wanneer deze magnetische dipolen zich in de aanwezigheid van een extern veld bevinden, worden ze er snel mee uitgelijnd en kleeft het materiaal aan de magneet. Hoewel het externe veld wordt onderdrukt, waardoor de magneet weg wordt bewogen, blijft er een remanente magnetisatie in het materiaal achter.

Hoge temperaturen veroorzaken interne wanorde in alle substanties, waardoor zogenaamde "thermische agitatie" ontstaat. Met warmte verliezen de magnetische dipolen hun uitlijning en vervaagt het magnetische effect.

Curietemperatuur is de temperatuur waarbij het magnetische effect volledig uit een materiaal verdwijnt. Bij deze kritische waarde worden ferromagnetische stoffen paramagnetisch.

Apparaten voor het opslaan van gegevens, zoals magneetbanden en magnetische geheugens, maken gebruik van ferromagnetisme. Ook met deze materialen worden magneten met hoge intensiteit vervaardigd met veel toepassingen in onderzoek.

Referenties

1. Tipler, P., Mosca G. (2003). Physics for Science and Technology, deel 2. Redactioneel Reverte. Pagina's 810-821.
2. Zapata, F. (2003). Studie van mineralogieën in verband met de Guafita 8x-oliebron behorende tot het Guafita-veld (Apure State) met behulp van Mossbauer magnetische gevoeligheid en spectroscopiemetingen. Afstudeerscriptie. Centrale Universiteit van Venezuela.